政經時事 > 焦點新聞

誰是綠能儲存新希望?鋰電池儲電的前景與變數

2020-12-23
作者: 桑德森

▲以太陽能板儲能是最便宜的發電方式之一,也為環保綠電帶來契機。(圖/達志)

金瑪麗(Marie King)女士站在英格蘭北部肯特(Kent)郡一片海塘上,遙指綿延數英里的空曠沼澤農地—很快這裡就會出現成千上萬片的太陽能板,成為全英國最大的電池儲存設施之一。放置在格雷夫尼(Graveney)村教堂1英里之外的數百個裝滿電池的貨櫃,將為英國電網供電助一臂之力,而它提供的服務,更關係到管理日益普遍的風能和太陽能,以及實現政治家所承諾的綠能未來。

退休的金融工作者金瑪麗說:「這項計畫的規模令我擔心,我們並不反對可再生能源—只是認為它需要放在對的地方。」這種儲能廠會漸漸成為人們熟悉的地景,在全球多數地區,風能與太陽能等再生能源的價格開始比化石燃料便宜,但它需要儲存才能成為可行、穩定的能源。英國首相強生倡言2030年前將安裝足夠的風力渦輪機,把電力輸送到每一個家庭,但前提是:解決如何管理間歇性能源供應問題。

這便是電池—將電儲存轉為化學能量的設計—可以發揮的地方。目前,最主要的儲能技術是用於手機和電動車的鋰電池;特斯拉執行長馬斯克曾說,特斯拉的能源事業—包括太陽能和供應電網的大型鋰電池,終會與該公司的汽車事業規模一樣大。

天然氣發電 目前尚難取代

但鋰電池和其他綠能都需要更便宜、更耐久的儲存技術,才能完全取代化石燃料發電廠,此刻它還不具成本效益。目前,天然氣發電廠仍比電池更能長久提供穩定的能源供應;無法儲存,就談不上大幅降低對天然氣及火力發電的依賴,減少氣候變化的有害效應。

電網每日供電必須不斷跟上需求,抽離了可靠、穩定的火力與天然氣供電,會出現失衡。美國麻省理工學院化學教授薩多維(Donald Sadoway)將電網比作「全球最大零庫存供應鏈」。

英國今年第一季的電力供應 ,47%由可再生能源提供,創歷史新高。然而,能源需求在3月分因疫情下降了20%,這便產生了問題:當來自再生能源的發電量比率達到英國國家電網總發電量的50%左右時,電網的工作變得更困難—它需要化石燃料廠大型旋轉渦輪機來緩和系統的波動性。

數十起火災 引發安全疑慮

和諧能源(Harmony Energy)執行長卡凡納(Peter Kavanagh)說:「太陽能和風能是多國最便宜的發電方式,但一旦將再生能源安排到一定規模的能源組合中,就需要儲存才能生效,就像我們在疫情期間看到的一樣。疫情提前五年證明電池蓄電的重要性。」在英格蘭南部海岸的普爾(Poole),和諧能源利用特斯拉鋰電池為電網供電。

目前,全球97%以上的儲能都是利用水泵將水送至水庫,在釋出驅動渦輪機創造電力,即所謂的「抽水蓄能」。水庫是一種儲能的方法,但受地理挑戰,未來也可能因缺水而日益受限。鋰離子電池的優點是可以放在任何地方,可以像供應電動車一樣,快速為電網供電。它們的反應以毫秒計算,通常提供長達4小時的蓄電,協助電網應對發電突然中斷。在英國,大多數大型鋰電池提供30~90分鐘的能源。

但過去幾年發生一連串的電池火災之後,金瑪麗等人開始擔心安全問題。僅2017年至2018年南韓就發生了33起這類火災,最近英國和美國也有類似狀況。替代性技術可以更安全、更長時間大量儲能,從而更佳整合風能和太陽能。但這些技術需要迅速擴大規模,以滿足不斷增長的需求並提高成本競爭力。

今年1月,美國加州能源委員會提高長時間蓄電規格,也就是提供超過10小時的能源—足以儲存1天的太陽能供夜間使用。得標者之一的Vinvinity能源系統公司,使用鋼鐵工業用來提高金屬強度的釩,開發為大型電池。這種最初由美國太空總署在1970年代開發的Redox液流電池,使用分開充電的電解質大型儲槽儲能,比傳統電池更容易擴展容量。

Vinvinity能源公司商務長哈夏(Matt Harshar)表示,釩電池白天可以儲存8~10小時的再生能源,而且因為使用的是水性電解質,其設施「更有可能滅火,而不是起火」,同時使用年限比鋰電池更長,可以長達30年。

液態金屬電池 蓋茲也看好

在中國的大連市,融科電力正在建設全球最大的釩電池;800百萬瓦時(800MWh)的儲能規模是加州全球最大鋰電池設施3倍以上。融科電力行銷總監李斌表示:「出於安全考慮,我們不能在市中心安裝大型鋰電池,鋰電池的安全問題尚未解決。」

然而,釩電池價格波動很大,2018年11月飆升至每公斤127美元,如今則跌到每公斤25美元,可能對生產成本造成衝擊。麻省理工學院教授薩多維認為,技術開發需要基於比鋰、釩電池更充沛的原料,如鋁、硫、鈣和銻等。2005年,他協助開發出一種使用鈣、銻及熔鹽電解質的液態金屬電池。開發這種電池的安布里(Ambri)公司一開始就得到微軟創辦人比爾蓋茲的支持。

安布里生產的儲能電池目標時間是超過6小時。薩多維指稱,大規模部署時,其成本可以低於每瓩時(KWh)150美元,比目前的鋰電池系統更便宜。他說:「我們要搶走鋰電池的鋒頭。」不過,該公司還沒找到大型商業客戶,薩多維表示,開發新型電池化學品的時程表很長,「這是一項艱難的技術,是重工業,不像編寫程式碼,這真的不容易」。

其他找尋儲能選項的人則完全避免使用電池,嘗試類似以泵送水等自然和物理解決方案。這種解決方案可以在20小時的時間內調度能源,而無須天然儲能設施。

在德國漢堡城外,一座灰色的大型混凝土無窗工廠,正面寫著「歡迎來到新石器時代」。工廠由全球第2大風力渦輪機製造商西門子歌美颯經營,使用來自挪威的千噸火山岩,以熱能形式儲存130百萬瓦時(130 MWh)的能源,為大約3000戶德國家庭(或750輛電車)提供足夠的能源。

西門子歌美颯創新部門負責人奧茲德姆(Hasan Oezdem)說:這種大型儲電設施是用電將火山岩加熱至攝氏600度,儲能時間長達一週,目標是夜間供電,系統可以安裝在關閉中和使用西門子渦輪機的火力發電廠中。他說:「公用事業公司正拚命尋找第2個生存選擇,因為你不能出售—已經沒有人買火力發電廠。」

去年11月,高視電廠獲得英國商業、能源和工業戰略部撥款1000萬英鎊,用於進行類似的計畫。它在曼徹斯特附近的特拉福德能源園區一座除役的電廠上重建,技術是使用液態空氣而非火山岩。該公司執行長卡瓦達(Javier Cavada)表示:「鋰離子是一項偉大的技術,但對於電網面臨的挑戰來說它太小了;長期儲能的商業模式得確保所有的風能和太陽能發電都能充分利用。」

▲為了增加再生能源占比,台電積極發展儲能系統並提升供電穩定性。(圖/取自台達電網站)

鋰離子占優 美中主導市場

儘管以上技術各具優勢,但目前還難以擊敗鋰離子的製造規模。據《彭博新能源金融》(Bloomberg New Energy Finance)報導,2010年至2019年,鋰離子電池的價格實際下跌了87%,跌到約156美元/瓩時(KWh)。這個價格可能會進一步下跌。Wood Mackenzie顧問公司表示,到2030年,全球電網儲能電池安裝量將上升到741億瓦時(741 GWh),其中多數為鋰電池儲電,主要由美中兩國主導。1億瓦時足以供應100萬戶家庭1小時的用電所需。此外,透過電分解水所產生的氫氣,也可能成為長期儲能的競爭性解決方案;氫氣可以儲在地下池穴或枯竭的油氣田中。

蜂巢能源公司(Hive Energy)董事總經理布倫布倫(Hugh Brenbren)表示,正在格雷夫尼附近規畫克萊夫山(Cleve Hill)太陽能與儲能場,也考慮將何種技術用於電池,但鋰電池最具勝相。他說:「鋰電池利短期儲能更有利可圖。」該公司計畫安裝至少200百萬瓦時(200 MWh)的電池。

然而,在格雷夫尼,防毒面具的照片、「拒絕太陽能發電廠」的標語處處可見。居民表示並不反對再生能源的擴張,但希望見到另一種儲存技術。金瑪麗表示:「儲場有各種風險,若有不同的更安全技術,我們當然歡迎。」

延伸閱讀:

特斯拉為了電池 開採鋰礦玩真的?

拚打進特斯拉供應鏈 元晶擴產8成搶當電池模組龍頭

台積電輻射效應發威 半導體、營造建材、綠能 三大族群撐台股

從發電機起家 中興電工打造最大民營太陽能電廠

Google、亞馬遜、微軟國際大廠拉動 千億電網商機大爆發,太陽能概念股紅了!

TOP